LED驅動電源拓撲原理簡介

采用AC-DC電源 的LED照明 應用中,電源轉換的構建模塊包括二極管、開關 管(FET)、電感 及電容及電阻等分立元件 用于執行各自功能,而脈寬調制(PWM)穩壓器用于控制電源轉換。電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC電源轉換包含反激、正激及半橋等拓撲結構,參見圖1,其中反激拓撲結構是功率 小于30 W的中低功率應用的標準選擇,而半橋結構則最適合于提供更高能效/功率密度。就隔離結構中的變壓器而言,其尺寸的大小與開關頻率有關,且多數隔離型LED驅動 器基本上采用“電子”變壓器。

　　圖1：常見的隔離型拓撲結構。

　　采用DC-DC電源的LED照明應用中,可以采用的LED驅動方式有電阻型、線性穩壓器及開關穩壓器等,基本的應用示意圖參見圖2。電阻型驅動 方式中,調整與LED 串聯的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流,這種驅動方式易于設計、成本低,且沒有電磁兼容(EMC )問題,劣勢是依賴于電壓、需要篩選(binning) LED,且能效較低。線性穩壓器同樣易于設計且沒有EMC問題,還支持電流穩流及過流保護(fold back),且提供外部電流設定點,不足在于功率耗散問題,及輸入電壓要始終高于正向電壓,且能效不高。開關穩壓器通過PWM控制模塊不斷控制開關(FET)的開和關,進而控制電流的流動。

　　圖2：常見的DC-DC LED驅動方式。

　　開關穩壓器具有更高的能效,與電壓無關,且能控制亮度,不足則是成本相對較高,復雜度也更高,且存在電磁干擾(EMI )問題。LED DC-DC開關穩壓器常見的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPIC )等不同類型。其中,所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時采用降壓結構,如采用24 Vdc驅動6顆串聯的LED;與之相反,所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時采用升壓結構,如采用12 Vdc驅動6顆串聯的LED;而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC結構,如采用12 Vdc或12 Vac驅動4顆串聯的LED,但這種結構的成本及能效最不理想。

　　采用交流電源直接驅動LED的方式近年來也獲得了一定的發展,其應用示意圖參見圖3。這種結構中,LED串以相反方向排列,工作在半周期,且LED在線路電壓大于正向電壓時才導通。這種結構具有其優勢,如避免AC-DC轉換所帶來的功率損耗等。但是,這種結構中LED在低頻開關,故人眼可能會察覺到閃爍現象。此外,在這種設計中還需要加入LED保護措施,使其免受線路浪涌或瞬態的影響。

　　圖3：直接采用交流驅動LED的示意圖。